Konsolidasyon 10. KONSOLİDASYON

(1)

10. KONSOLİDASYON

σ’gerilmedeki artış zeminin boşluk oranındae^{azalma ve}

deformasyon yaratır (gözeneklerden su dışarı çıkar).

σ ’

nasıl artar?

1. Yeraltısuyu seviyesi düşer 2. Zemine yük uygulanır

Konsolidasyon

(2)

Toprak Seviyesinin Oturması

Oturma toprak zemin seviyesine (veya üst yüzeyine yakın bir seviyeden) uygulanan yüke bağlı olarak toprak zeminin seviyesinin sıkışması olarak tanımlanır.

Toplam oturma üç bileşenden oluşur.

1. Ani veya elastik oturma 2. İlksel (primary) konsolidasyon 3. İkincil (secondary) konsolidasyon

Ani veya elastik oturma elastisite teorisi (zeminin elastisite modülü) kullanılarak hesaplanır.

Konsolidasyon nedir?

Konsolidasyon sıklıkla kompaksiyon ile karıştırılan bir zemin davranışıdır.

Konsolidasyon ile kompaksiyon arasındaki farkı, faz diyagramları ile aşağıdaki gibi açıklayabiliriz.

(3)

• Kompaksiyon: Boşluk hacminin azalması, yoğunluğun artması, hava çıkışı

• Konsolidasyon: Zaman (t) faktörünü de içinde barındıran ve boşluklardaki suyun bir yük altında dışarı atılması

• Çoğunlukla İnce taneli topraklar kil, silt

• İri taneli Kum, çakıl Konsolidasyona maruz kalabilirler. Ancak, yüksek geçirimlilikleri nedeniyle çok daha hızlı bir süreç söz konusudur.

• Doygun killer Konsolidasyon süresi ÇOK YAVAŞ Düşük geçirimlilikten dolayı.

KONSOLİDASYON TEORİSİ

• Konsolidasyon Teorisi

•Toprağın konsolidasyon sürecindeki davranışını,

•Konsolidasyondan kaynaklanan oturmaların büyüklük ve hızı hakkında bilgi edinilmesini sağlar.

•Varsayımlar:

• Zemin suyu doygun

• Drenaj düşey yönde

• Zeminin yatay yönde genişlemediği

Farklı oturmalar ÇOK ÖNEMLİ BİR SORUN Ekonomik maliyet artışı

(4)

• Su Doygun toprak kütlesi içinde Her yönde hareket edebilir. Bu nedenle, temelde

konsolidasyon 3 boyutlu ele alınması gereken bir süreç.

• Bununla birlikte, topraktaki yanal devamlılığın yüksek olması nedeniyle, yanal yönde suyun drene olması ZOR

• Bu nedenle, suyun hareket yönünün düşey yönde ve 1 boyutlu olduğu, dolayısıyla oturmanın da düşey yönde olduğu kabul edilir.

(5)

• Yaydaki Davranış Toprak davranışı olarak kabul edilirse; daha sıkı yay (toprak), daha az sıkışma

• Sıkılık (stiffness) Konsolidasyondan kaynaklanan oturmanın büyüklüğünü etkileyecektir.

• Düzenekteki kapağın açılması, toprakta suyun drene olmasına (toprağın geçirimliliğine) benzetilebilir.

• Kapak açıklığı ne kadar küçükse (toprak geçirimliliği) suyun dışarı atılması o kadar yavaş İnce taneli toprakların konsolidasyon süreci UZUN ZAMAN alıyor.

• GEÇİRİMLİLİK Hız ile ilişkili.

• OEDOMETRE deneyi, ince taneli toprakların 1 boyutlu konsolidasyon davranışının

belirlenmesinde kullanılan bir deneydir.

• 20 mm yükseklikte ve 75 mm çapında

örselenmemiş bir toprak örneği, düşey yönde etkiyen yük(lere) tabi tutulur.

• Poroz taşlar kullanılarak (örneğin üst ve alt kesimlerinde) iki yönde drenaj sağlanabilir.

(6)

• Yük uygulandıktan bir süre sonra, su boşluklardan dışarı çıkmaya

başlayacaktır.

• Bu durum, gözenek suyu basıncında ve boşluk oranında azalmaya, etkin gerilmede ise artışa neden olacaktır.

• Uygulanan yükte artışa gidilerek (çoğunlukla 2 kat artırılarak) deneye devam edilir.

Örn: 50 kPa 100 kPa 200 kPa

• Her bir yükleme sonucu oluşan oturma

miktarı ve zaman değerleri kaydedilir.

(7)

• Topraktaki oturma, boşluk oranındaki değişimle ilgili

• Düşey yöndeki yer değiştirme (örneğin yüksekliğindeki kısalma), boşluk oranındaki değişimlerle ifade edilebilir.

• Eşitlikte Δe: yükteki artışa bağlı olarak gelişen boşluk oranındaki değişim; e₀: yüklemeden önceki boşluk oranı

Field vs. Lab

(8)

e

σ’ (log scale) σ_p’

e_o ^yield

Ön Konsolidasyon Basıncının Belirlenmesi

e e_o

12 34 5

(9)

• OCR, geçmişte toprağın maruz kaldığı en yüksek etkin gerilmenin, güncel etkin gerilmeye oranı olarak tanımlanabilir.

• En yüksek geçmiş etkin gerilme ÖN

KONSOLİDASYON BASINCI (σ’_C) oarak da bilinir.

Normal Konsolide (NC)-Aşırı Konsolide killer (OC)

• Güncel etkin gerilmeler yüksek bir etkin gerilmeye maruz kalmamış killer NORMAL KONSOLİDE killer (NC)

• NC OCR=1

• NC düşük makaslama dayanımı

• OC Geçmişte, bugünkü etkin gerilmeden yüksek etkin gerilmeye maruz kalmış killer (OC)

• OC OCR>1

• OC Yüksek makaslama dayanımı

• OCR<1 olamaz

(10)

(1) ESTIMATION OF SETTLEMENT

• Coefficient of volume compressibility (m_v)

For any stress increment:

(11)

Temel Tasarımında

• Hatırla:

–İzin verilebilir taşıma kapasitesi –Oturma miktarı

–MUTLAKA dikkate alınarak hesaplanmalı...

(12)

 Konsolidasyon Yüzdesi U (%)

 Zaman Faktörü (Tv) U (%) = f (Tv)

 Konsolidasyon yüzdesi, herhangi bir andaki konsolidasyon oturmasının, nihai oturmaya oranı olarak tanımlanır.

 Burada, Cv: konsolidasyon katsayısı, t zaman, d ise drenaj uzunluğudur. Her iki yüzeyde geçirimli ise, d=H/2, tek yönde drenaj varsa d=H alınır.

2

.

d

t Tv  Cv

Hesaplamalar:

0

1 0

H e H

e  



 e  S  w  Gs

H₀ İlk kalınlık

ΔH Boydaki değişim e₀ e₁+ Δe

Hacimsel sıkışabilirlik katsayısı (Mv) (cm²/kg)

Sıkışma indeksi (Cc) =



 







 



 







  _'

0 ' 1

1 0 0 '

0 ' 1

1 0 0

1 1

1



H H H e

e Mv e

' 1

0 e

e



 e – log P grafiğinin doğrusal kesiminin eğimi

(13)

• Konsolidasyon Yüzdesi (U) =

e₀ : ilksel boşluk oranı; e : konsolidasyon

sırasındaki boşluk oranı; e₁: deney sonundaki boşluk oranı

• Oturma

1 0

0

e e



0 0 10 0

1 log P

P H P

e

Cc   

 







 Mv H

S ' 0≤U≤1

• Konsolidasyon Katsayısı (Cv): İki yol ile bulunabilir.

• Log Time U=% 50 ; Tv=0.196

• Karekök zaman

- Log Time (Casagrande) - Karekök Zaman yöntemi

50

196 2

. 0

t

Cv 

^d

90

848 2

. 0

t

Cv 

^d

Mv

w

Cv

k    

(14)

Eğri 3 kesimden oluşuyor

• Parabolik, doğrusal, eğrisel (x:

asimptot)

• Seç: A ve B (4:1)

• Belirle:z

• A’dan z kadar çık: a_s: (U=0)

• a_s:≠a₀ (doygun olmama, boşluk vs.)→

Initial compression

• Eğrilerin doğrusal kesimlerin kesişimi → a₁₀₀(U=1)

• Primary consolidation

•

• U:0.5 → a_sve a₁₀₀→ orta nokta →t₅₀

Karekök (t)

• Teorik eğrinin U= % 60’a kadar doğrusal olduğu kabul edilir.

• Bu doğruyu uzatıp, 1.15 katını yatayda alıp, eğriyi kestiği noktanın izdüşümü, U= % 90 →√t₉₀

(15)

SORU:

Zaman Geçen Zaman

P (kPa) t^1/2(dak)

25 50 100 200 400 800 1600

09:00 Kalınlık değişim okumaları (x10^-2mm)

0 s 0 0 42 72 118 150 190.5 294.5

4 0.25 7 44 77 120 153 201.5 304.5

8.5 0.38 10 46 80 121 154 209.5 305

15 0.5 12 47 81 122 155 212.5 306

23.5 0.63 14 47.5 82 122.5 155.5 215 306.5

34 0.75 15 48 84 123 156 216.5 307.5

1 dak 1 17 49 86 124 157 218.5 308.8

2.25 1.5 19 50 89 125 158 222 311.5

4 2 22 51 91 126 158.5 225 314

6.25 2.5 25 52 92 127 159.5 228.5 317.5

9 3 27 53 93 128 161 231 320

12.25 3.5 29 54 94 128.5 162 235 323

16 4 30 54.5 95 129 163 237 326.5

25 5 32 55.5 97 131 164.5 243 332.5

36 6 34 56.5 99 131.5 166.5 249 337.5

49 7 35 58 101 134 169 254.5 342.5

64 8 36 60 103 136 171 259.5 348.5

81 9 37 61.5 105 138 173 264.5 353.5

100 10 37.5 62.5 106.5 140 174.5 269.5 358.5

121 11 38 63.5 107.5 141 176 273.5 365.5

144 12 38.5 64.5 109 142 177 275.5 369.5

169 13 39 66 110 144 178.5 279.5 378.5

09:00 24 saat 38 42 72 118 150 190.5 294.5 390